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植物线粒体与细胞质雄性不育

郭宝健  
【摘要】: 线粒体基因组仅编码生命源和功能所必需的遗传信息片断。大量的遗传和生化特征出现在线粒体中,激发了基因功能在线粒体和核基因组中的进化和调整。CMS是普遍存在于植物中的一种母性遗传现象,是由线粒体基因组重组形成的异常开放阅读框表达引起的,在许多情况下,细胞质雄性不育植株的育性可以被核基因(Rf)编码的蛋白恢复,因此CMS/Rf是一种研究植物线粒体基因组和核基因组遗传互作的理想模式。 本研究以V型小麦恢复基因的近等基因系为基础材料,运用蛋白质组学技术对V-CMS及杂种F1在黄化苗和幼穗线粒体蛋白质表达图谱进行了比较,分析了差异蛋白质点与CMS的关系;同时对我们发现的一个Ta-CMS玉米材料进行了遗传分析。主要结果如下: 1.以V型小麦细胞质雄性不育恢复基因的近等基因系为材料,利用双向电泳技术建立了小麦V-CMS及杂种F1在黄化苗和幼穗线粒体蛋白质组表达谱。(1)比较了黄化苗和幼穗线粒体蛋白质的表达图谱,鉴定了10个差异表达的蛋白质点,包括与能量代谢有关的F0-F1 ATP酶复合物的亚基和一些功能未知的蛋白质,说明线粒体蛋白质的表达具有组织性和时空性。(2)比较了V-CMS及杂种F1线粒体蛋白质表达图谱,鉴定了12个差异表达的蛋白质点,也鉴定了能量代谢相关的F0-F1 ATP酶复合物的ATP酶β亚基和NADH脱氢酶亚基J。以上结果显示,线粒体能够反向调控核基因编码的蛋白质在线粒体内的堆积,V-CMS中不育基因的表达能够调控线粒体内能量代谢相关蛋白质的表达水平,V-CMS败育的发生可能是一种过早的PCD过程,但是小麦V-CMS具体的败育机理还有待于进一步的研究。 2.通过Co-60γ射线照射玉米自交系昌7-2获得了Ta-CMS,利用恢保关系测定和PCR分类的方法对不育胞质进行了鉴定。以本实验室自育或引进的包括Tr、K55、W23、B37和CML311在内的137个自交系或杂交种作测验种,与Ta昌7-2CMS和TaMo17CMS进行测交,结果表明测交材料中只有CL1325、P138和‘农大80/大刍草杂种’的测交后代稳定出现可育植株,它们可能含有恢复基因,预示热带种质中具有潜在的Ta-CMS恢复基因源。对Ta昌7-2 CMS和TaMo17 CMS含有的特异片断扩增、回收、测序,结果表明Ta-CMS含有T-CMS的不育基因,推测Ta-CMS属于T-CMS的一个亚组。


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